Amaliy loyiha - o'z protsessoringiz - Kompyuter arxitekturasi

13-bo'limda virtual protsessor qurdik. Lekin dasturni unga qo'lda - har komandani alohida son qilib - yozdik.

19-bo'limda esa haqiqiy assemblerni ko'rdik. Endi o'zimiznikini yozamiz - va butun zanjir yopiladi:

assembler matni → assembler dasturi → mashina kodi → virtual protsessor → natija

Yigirma bo'lim - va zanjir yopildi

Nima qo'limizda bor #

13-bo'limdan bizda ikki narsa bor: 32 bitli komanda formati va uni bajaradigan mashina.

Qism	Qayerda qurilgan
Mantiqiy elementlar va sumator	8-bo'lim
Registrlar, ALU, bayroqlar	9-bo'lim
Komanda sikli	10-bo'lim
Komanda formati va mashina	13-bo'lim

Yetishmayotgan yagona narsa - assembler. Uni shu bo'limda qo'shamiz.

Assembler #

Assembler ikki o'tishda ishlaydi - va buning aniq sababi bor.

Muammo: SAKRA halqa komandasi halqa nishoni qayerda ekanini bilishi kerak. Lekin nishon kodda keyinroq turishi mumkin.

Yechim: avval hamma nishonni topib chiqamiz, keyin komandalarni kodlaymiz.

Ikki o'tish - bu klassik muammoning eng sodda yechimi

Nima uchun aynan ikki o'tish?

Bu klassik muammo va uning nomi bor: oldinga havola (forward reference).

Natija

    SAKRA tugadi     ; tugadi qayerda? hali noma'lum
    ...
tugadi:              ; mana shu yerda

Yechimlar:

Usul	Izoh
Ikki o'tish	Avval nishonlar, keyin kod - eng sodda
Bir o'tish + tuzatish	Bo'sh qoldirib, oxirida to'ldirish

Birinchisi ancha tushunarli, shuning uchun o'quv assemblerlarida odatda o'sha tanlanadi.

Xuddi shu muammo haqiqiy assemblerlarda ham, bog'lovchida ham (19-bo'lim), hatto C dagi funksiya prototiplarida ham uchraydi.

Butun zanjirni sinash #

Endi haqiqiy dastur - assembler matnida yozilgan Evklid algoritmi:

Natija

; Ikki sonning eng katta umumiy bo'luvchisi (Evklid algoritmi)
    YUKLA r0, 48        ; birinchi son
    YUKLA r1, 18        ; ikkinchi son
    YUKLA r3, 0         ; taqqoslash uchun nol

halqa:
    SOLISH r1, r3       ; r1 nolmi?
    AGAR_NOL tugadi
    KOCHIR r2, r0       ; r2 = r0
ayirish:
    SOLISH r2, r1
    AGAR_KICHIK qoldiq
    AYIR r2, r1         ; r2 -= r1
    SAKRA ayirish
qoldiq:
    KOCHIR r0, r1       ; r0 = r1
    KOCHIR r1, r2       ; r1 = qoldiq
    SAKRA halqa

tugadi:
    CHIQAR r0
    TOXTA

Birinchi o'tish to'rtta nishonni topadi va ularning manzilini yozib oladi:

Nishon	Manzil
`halqa`	3
`ayirish`	6
`qoldiq`	10
`tugadi`	13

Ikkinchi o'tish har qatorni mashina kodiga aylantiradi. Birinchi to'rttasi:

Manzil	Mashina kodi	Assembler
0	`0x01000030`	`YUKLA r0, 48`
1	`0x01100012`	`YUKLA r1, 18`
2	`0x01300000`	`YUKLA r3, 0`
3	`0x0D130000`	`SOLISH r1, r3`

0x01000030 soniga diqqat bilan qarang:

Bo'lak	Qiymat	Ma'nosi
`01`	1	`YUKLA` amali
`0`	0	maqsad: `r0`
`0`	0	manba ishlatilmaydi
`0030`	48	yuklanadigan son

13-bo'limdagi format aynan shunday ishlaydi.

Dasturni mashinada ishga tushirsak:

	Natija
Komandalar soni	15
Bajarilgan qadamlar	51
Chiqish	6

48 va 18 ning eng katta umumiy bo'luvchisi haqiqatan 6.

Zanjir yopildi. Evklid algoritmi assembler matnida yozildi, nishonlar manzilga aylandi, komandalar sonlarga kodlandi va bizning protsessorimizda bajarildi.

Xatolarni xabar qilish #

Yaxshi assembler faqat ishlashi kerak emas - xatoni tushunarli aytishi ham kerak. Bizniki shunday xabarlar beradi:

Xato turi	Xabar
Noma'lum amal	`1-qator: noma'lum amal 'QOSHISH'`
Noto'g'ri registr	`1-qator: 'r9' registr emas (r0-r3)`
Topilmagan nishon	`1-qator: 'yoq_nishon' nishoni topilmadi`
Takrorlangan nishon	`2-qator: 'boshi' takrorlandi`

Har xabarda qator raqami bor - bu eng muhim qism. Usiz katta dasturda xatoni topish juda qiyin bo'lardi.

Xato xabari - vositaning eng muhim qismi

Kompilyator yoki assembler yozayotgan bo'lsangiz, xato xabarlariga kod yozgancha vaqt sarflang.

Yaxshi xabarda uchta narsa bo'ladi:

Element	Misol
Qayerda	`12-qator`
Nima	`'r9' registr emas`
To'g'risi qanday	`(r0-r3)`

Uchinchisi ko'pincha unutiladi, lekin u eng foydali.

Rust kompilyatori aynan shu bilan mashhur bo'lgan: u nafaqat xatoni aytadi, balki tuzatishni ham taklif qiladi.

Bizning assemblerimizda tekshirilmagan joylar bor

O'quv kodi sifatida u yetarli, lekin jiddiy ishlatish uchun emas:

Muammo	Nima bo'ladi
`YUKLA r0` (argument yetishmaydi)	`IndexError` - tushunarsiz xato
`YUKLA r0, 99999`	Qiymat 16 bitga sig'maydi, jimgina kesiladi
Dastur xotiradan katta	Yuklashda `IndexError`
Nishon nomi amal bilan bir xil	Chalkashlik

Har biri uchun aniq tekshiruv va tushunarli xabar kerak.

Bu 12-bo'limdagi xulosaning davomi: past darajadagi vositalar hech narsani kechirmaydi, shuning uchun tekshiruvlarni o'zingiz qo'yishingiz kerak.

Amaliy topshiriqlarda shu tekshiruvlarni qo'shishni taklif qilamiz.

Amaliy topshiriq

Evklid algoritmini qog'ozda 48 va 18 uchun qo'lda bajaring.
1071 va 462 uchun natijani hisoblang.
Nishonlar jadvalini o'zingiz tuzib chiqing.
SAKRA halqa komandasi qanday manzilga aylanishini toping.
0x01100012 sonini maydonlarga ajrating.
KOCHIR r2, r0 komandasini qo'lda kodlang.
Nima uchun bir o'tish yetarli emasligini tushuntiring.
Bir o'tishli yechim qanday ishlashini o'z so'zingiz bilan yozing.
Xato xabarida qator raqami nima uchun muhimligini ayting.
Fibonachchi dasturini (13-bo'lim) assembler matnida yozib ko'ring.

Xulosa #

Assembler - matnni mashina kodiga aylantiradigan dastur.
U ikki o'tishda ishlaydi: avval nishonlar, keyin komandalar.
Sabab - oldinga havola: sakrash nishoni keyinroq turishi mumkin.
Xuddi shu muammo bog'lovchida va funksiya prototiplarida ham uchraydi.
Nishon - bu shunchaki manzilga berilgan nom.
Izohlar va bo'sh qatorlar kodlashdan oldin olib tashlanadi.
Xato xabarida qator raqami, sabab va to'g'ri shakl bo'lishi kerak.
Butun zanjir yopildi: matn → assembler → mashina kodi → protsessor.
Evklid algoritmi bizning mashinamizda 51 qadamda bajarildi.
O'quv vositasida tekshiruvlar kam - jiddiy ishlatishdan oldin ularni qo'shish shart.

Darslik yakunida #

Yigirma bo'lim oldin 0.1 + 0.2 nima uchun 0.3 bermasligi sir edi. Endi butun zanjirni ko'rasiz:

Qadam	Bo'lim
Son bitlarga aylanadi	2, 3, 5
Bitlar ustida amal bajariladi	4
Amal mantiqiy elementlardan quriladi	8
Element ALU ga, ALU protsessorga yig'iladi	9
Komanda olinadi, dekodlanadi, bajariladi	10
Komandalar to'plami ISA ni tashkil qiladi	11, 12
Xotira ierarxiyasi tezlikni ta'minlaydi	14, 15
Konveyer va parallellik yana tezlashtiradi	16, 17
Tashqi dunyo uzilishlar orqali ulanadi	18
Kod kompilyatordan o'tib mashina kodiga aylanadi	19

Va o'z protsessoringizni qurdingiz - NAND elementidan boshlab, assemblergacha.

Bundan keyin qayerga borish mumkin:

"Operatsion tizimlar" - shu apparat ustida OT qanday ishlaydi;
"Kompyuter tarmoqlari" - mashinalar qanday gaplashadi;
"Algoritmlar va ma'lumotlar tuzilmasi" - endi Big-O ni kesh bilan birga o'qing;
"Zamonaviy C++" yoki "Go" - past darajaga yaqin tillar.

Kompyuter sehrli quti emas. Bu - mantiqiy elementlar, registrlar va juda ko'p qatlam. Endi ularning hammasini bilasiz.